膠輪有軌電車維修策略探討

■ 邱明江 吳志添 林孚才 郭莉佳

1 概述

當(dāng)前城市軌道交通快速發(fā)展，我國各大城市陸續(xù)規(guī)劃及建設(shè)城市軌道交通項(xiàng)目，新的軌道交通產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，同時(shí)其運(yùn)營檢修理念也不斷創(chuàng)新，給車輛運(yùn)維工作帶來挑戰(zhàn)及機(jī)遇。

車輛是城市軌道交通系統(tǒng)中的主要組成部分，承擔(dān)著乘客運(yùn)輸載體的職能，車輛的性能和質(zhì)量直接決定了其服務(wù)水平，其安全、可靠、高效的運(yùn)營關(guān)系到國家財(cái)產(chǎn)安全和人民生命安全，對(duì)軌道交通運(yùn)營起著至關(guān)重要的作用。

膠輪有軌電車是多種機(jī)械、電氣、通信、控制等新技術(shù)高度模塊化的機(jī)電一體化設(shè)備。目前膠輪有軌電車在我國屬于新型制式交通系統(tǒng)，無成熟維修經(jīng)驗(yàn)可參考，結(jié)合軌道交通系統(tǒng)維修現(xiàn)狀，探討制定經(jīng)濟(jì)合理、切實(shí)可行的膠輪有軌電車檢修制度，確定膠輪有軌電車的維修方式，為膠輪有軌電車維修提供基礎(chǔ)性支持，確保膠輪有軌電車安全運(yùn)行，并可降低運(yùn)營成本，延長其使用壽命。

2 膠輪有軌電車技術(shù)特點(diǎn)

膠輪有軌電車是一種采用橡膠輪胎，利用電力驅(qū)動(dòng)技術(shù)在專用線路上實(shí)現(xiàn)載客的小運(yùn)量公共交通系統(tǒng)。車輛通過走行輪、內(nèi)側(cè)導(dǎo)向輪在專用U形軌道梁上運(yùn)行，導(dǎo)軌梁通過滑塊式水平移動(dòng)道岔與前后線路銜接，實(shí)現(xiàn)膠輪有軌電車行駛方向的轉(zhuǎn)換，車輛最高運(yùn)行速度80 km/h。

膠輪有軌電車主要設(shè)備技術(shù)特點(diǎn)[1]：

（1）轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)。車輛轉(zhuǎn)向架為帶有自動(dòng)轉(zhuǎn)向的單軸結(jié)構(gòu)，由構(gòu)架、牽引機(jī)構(gòu)、走行輪、導(dǎo)向輪、電動(dòng)總成、二系懸掛系統(tǒng)及其他零部件組成。走行輪輪胎采用充氮?dú)獾南鹉z輪胎，輪胎設(shè)有內(nèi)置防爆鋼圈應(yīng)急保護(hù)裝置及胎壓監(jiān)測報(bào)警裝置，設(shè)計(jì)壽命可滿足走行距離不小于80 000 km的要求；導(dǎo)向輪采用實(shí)心橡膠輪胎；轉(zhuǎn)向架懸掛系統(tǒng)采用二系懸掛，車體與轉(zhuǎn)向架構(gòu)架之間安裝減振彈簧及垂向液壓減振器，并設(shè)置限位裝置。

（2）車體。車體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)壽命不少于30年，采用輕質(zhì)鋁合金結(jié)構(gòu)材料；車輛及其內(nèi)部設(shè)施使用不燃材料，車體的內(nèi)外墻體之間以及底架與地板之間采用吸濕性小、膨脹率低、性能穩(wěn)定的隔熱、隔聲材料。

（3）牽引供電方式。車輛采用車載儲(chǔ)能動(dòng)力電池及車站儲(chǔ)能裝置充電供電方式。車輛底部設(shè)置充電刀片，利用停站時(shí)間向車載電池充電；車站儲(chǔ)能裝置充電電壓為DC 640 V；牽引電機(jī)采用永磁同步電機(jī)，系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)為IP67，在平直道、定員（AW2）工況下，儲(chǔ)能動(dòng)力電池充滿電時(shí)，續(xù)航里程不小于150 km。

（4）輔助電源系統(tǒng)。由輔助變流器、蓄電池等組成。輔助變流器容量可滿足車輛在各種工況下的使用需求；列車頭尾各設(shè)置1組蓄電池，額定電壓110 V，容量可滿足列車在故障情況下應(yīng)急照明、外部照明、空調(diào)緊急通風(fēng)、車載安全設(shè)備、開關(guān)門1次、廣播、通信等系統(tǒng)工作不低于45 min的要求。

（5）制動(dòng)系統(tǒng)。車輛制動(dòng)方式分為電制動(dòng)和機(jī)械制動(dòng)，制動(dòng)系統(tǒng)根據(jù)車輛荷載自動(dòng)調(diào)整制動(dòng)力大小。列車在實(shí)施電制動(dòng)時(shí)，制動(dòng)能量被車載儲(chǔ)能裝置吸收轉(zhuǎn)化為電能；機(jī)械制動(dòng)為液壓制動(dòng)，通過制動(dòng)夾鉗摩擦制動(dòng)盤制動(dòng)。制動(dòng)系統(tǒng)由行車制動(dòng)、應(yīng)急制動(dòng)和停車制動(dòng)組成。

（6）其他特點(diǎn)。車鉤后端部設(shè)有可復(fù)原的能量吸收緩沖裝置，可吸收速度為10 km/h的空載列車與靜止的空載列車相撞時(shí)產(chǎn)生的沖擊能量；車輛根據(jù)系統(tǒng)緊急疏散模式設(shè)置2處乘客緊急疏散出口，并配置疏散設(shè)施；采用無人干預(yù)列車運(yùn)行模式；客室內(nèi)設(shè)乘客與運(yùn)營控制中心（OCC）間交互的對(duì)講通信設(shè)施、乘客信息系統(tǒng)；OCC設(shè)置針對(duì)每個(gè)車廂的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，列車頭車設(shè)朝向車外的攝像頭，并接入控制中心的運(yùn)營控制網(wǎng)；車輛控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)喚醒、休眠和自動(dòng)運(yùn)行功能；車輛具備故障檢測、輕微故障自動(dòng)修復(fù)或自動(dòng)切除功能，修復(fù)后轉(zhuǎn)為自動(dòng)運(yùn)行模式，切除后轉(zhuǎn)為降級(jí)運(yùn)行模式。

3 有軌電車檢修現(xiàn)狀

目前我國有軌電車檢修體制及作業(yè)方式主要參照地鐵車輛檢修標(biāo)準(zhǔn)，即按車輛的運(yùn)行里程和周期，確定不同的檢修制度，對(duì)車輛進(jìn)行日常維護(hù)保養(yǎng)、檢查和小、中、大修。各公司根據(jù)實(shí)際情況有自主維保、委外維保等維保模式[2-3]。我國有軌電車車輛檢修制度見表1。

采用傳統(tǒng)計(jì)劃預(yù)防修的主要原因有：

（1）有軌電車初期運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)較少，為保證車輛的安全和維修質(zhì)量，最好采用這種比較安全可靠的檢修體制；

（2）運(yùn)營初期車輛各系統(tǒng)間都在磨合，系統(tǒng)不穩(wěn)定可能導(dǎo)致故障發(fā)生，如果檢修周期過長，不利于車輛故障的發(fā)現(xiàn)和排除；

（3）車輛的管理、技術(shù)、檢修人員對(duì)車輛系統(tǒng)、功能、故障的診斷和分析等方面尚處于學(xué)習(xí)階段，需要長時(shí)間來積累和掌握車輛系統(tǒng)知識(shí)；

（4）車輛本身軟硬件及檢修相關(guān)的基礎(chǔ)設(shè)備在運(yùn)營初期通常無法一次性配置和優(yōu)化到位，需按需求與階段在時(shí)間上循序漸進(jìn)進(jìn)行配置與優(yōu)化；

（5）運(yùn)營初期，車輛檢修部門存在與其他專業(yè)、部門、環(huán)節(jié)的摸索期與磨合期，可以借此來實(shí)現(xiàn)各部門間的協(xié)調(diào)配合，摸索如何更好地運(yùn)營。

4 膠輪有軌電車維修策略

根據(jù)目前深圳、上海、廣州有軌電車的計(jì)劃預(yù)防修制度，結(jié)合膠輪有軌電車特殊的車/軌關(guān)系及車輛特點(diǎn)，膠輪有軌電車運(yùn)營初期前3年可采用計(jì)劃預(yù)防修及故障修制度，3年后宜采用以技術(shù)狀態(tài)修為主、計(jì)劃預(yù)防修為輔的檢修策略。從常規(guī)計(jì)劃預(yù)防修向狀態(tài)修、均衡修過渡，降低車輛、設(shè)備設(shè)施的生命周期成本，提高利用率。

4.1 計(jì)劃預(yù)防修

根據(jù)預(yù)定的列車檢修計(jì)劃，列車需定期完成一系列的維護(hù)項(xiàng)目，如日檢、月檢、季檢、大修。維護(hù)項(xiàng)目根據(jù)服務(wù)量和個(gè)別設(shè)備的維護(hù)要求來確定。部分車輛系統(tǒng)、部件，如轉(zhuǎn)向架系統(tǒng)、車鉤系統(tǒng)等可采用狀態(tài)性維護(hù)策略，以部件狀態(tài)修作為輔助，將維護(hù)工作量、停工期和相關(guān)成本降至最低。膠輪有軌電車檢修周期見表2。

表1 我國有軌電車車輛檢修制度

日檢/雙日檢：主要對(duì)與車輛行車安全相關(guān)的部分轉(zhuǎn)向架、車鉤、走行輪、車下各箱體及列車牽引、制動(dòng)、控制系統(tǒng)等進(jìn)行日常性技術(shù)檢查。

月檢：主要對(duì)影響行車安全的車輛重要系統(tǒng)，如轉(zhuǎn)向架、車鉤、走行輪、車下各箱體及列車牽引、制動(dòng)、控制系統(tǒng)等功能進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

季檢（包括換輪）：主要進(jìn)行車輛重點(diǎn)部件及系統(tǒng)狀態(tài)檢查，部件清潔、潤滑，更換磨耗件。對(duì)車輛易損部件進(jìn)行檢查更換；對(duì)牽引、制動(dòng)、控制系統(tǒng)進(jìn)行全面檢查、調(diào)試；對(duì)蓄電池根據(jù)需要進(jìn)行檢查或更換；對(duì)車輛輪胎的磨損情況進(jìn)行全面檢查，并更換輪胎。

大修：對(duì)車輛包括車體在內(nèi)進(jìn)行全面分解，特別是走行部進(jìn)行分解，全面檢查、修理，并更換部分部件。對(duì)車輛各系統(tǒng)進(jìn)行全面檢測、調(diào)試及試驗(yàn)；對(duì)轉(zhuǎn)向架、動(dòng)力電池、空調(diào)、牽引電機(jī)、制動(dòng)系統(tǒng)、車鉤、車門、座椅和各種電氣控制裝置等部件進(jìn)行分解、檢查、修理、更換；對(duì)儀表儀器進(jìn)行校驗(yàn)、檢查及整修；結(jié)合技術(shù)改造對(duì)部分系統(tǒng)進(jìn)行全面更換。

4.2 故障修

故障修分為正線車輛故障維修和段內(nèi)車輛故障維修。當(dāng)正線車輛電氣或機(jī)械故障時(shí)，集合技術(shù)人員進(jìn)行緊急維修，快速恢復(fù)車輛正常狀態(tài)，減少車輛運(yùn)營延誤；當(dāng)段內(nèi)車輛出現(xiàn)故障時(shí)，集合技術(shù)人員進(jìn)行維修，通過檢修、調(diào)試作業(yè)恢復(fù)車輛正常狀態(tài)，以達(dá)到車輛運(yùn)營要求。

4.3 狀態(tài)修

狀態(tài)修對(duì)車輛的自動(dòng)化和智能化程度提出了更高的要求，需要車輛各系統(tǒng)設(shè)備及零部件有極高的可靠性及可用性。對(duì)關(guān)鍵部件設(shè)置高精度傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測其狀態(tài)是否滿足運(yùn)營需求。具體方案可以通過“狀態(tài)修需要達(dá)到的條件”和“延長消耗品的維護(hù)周期”2個(gè)方面實(shí)施。

表2 膠輪有軌電車檢修周期[1]

4.3.1 狀態(tài)修需要達(dá)到的條件

（1）車輛各子系統(tǒng)狀態(tài)反饋。列車運(yùn)行中，車輛各子系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)（如電機(jī)電流、電壓，制動(dòng)壓力值變化，列車速度等）能夠?qū)崟r(shí)遠(yuǎn)程發(fā)送至OCC。在OCC監(jiān)控屏上能夠查詢所有車輛各子系統(tǒng)實(shí)時(shí)狀況，并可以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)值的分布情況。

（2）車載視頻監(jiān)控和OCC遠(yuǎn)程對(duì)講、廣播。車輛上設(shè)置各角度視頻監(jiān)控設(shè)備，實(shí)時(shí)傳輸畫面至OCC，提高無線傳輸帶寬，保證OCC能夠?qū)崟r(shí)了解車廂內(nèi)情況。設(shè)置遠(yuǎn)程對(duì)講和廣播系統(tǒng)，便于特殊情況時(shí)OCC能夠進(jìn)行廣播并與乘客緊急對(duì)講。

（3）列車各類緊固件防松升級(jí)。各類緊固件采用行業(yè)最新的防松方案，延長緊固件松動(dòng)周期。關(guān)鍵位置緊固件利用人工智能圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行位置監(jiān)控，如車鉤緊固件、轉(zhuǎn)向架緊固件等。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有緊固件異動(dòng)時(shí)，進(jìn)行狀態(tài)性維修。

（4）車輛元器件高度集成化。對(duì)車輛各子系統(tǒng)控制類元器件進(jìn)行高度集成化設(shè)計(jì)，發(fā)生故障或有某一回路故障時(shí)可以直接置換相關(guān)模塊，縮短故障處理時(shí)間及工作量。

（5）減少電路繼電器設(shè)計(jì)。最大限度減少電路繼電器的設(shè)計(jì)，采用LCU無觸點(diǎn)的邏輯控制技術(shù)方案，避免繼電器觸點(diǎn)失效引起的車輛故障。

（6）制動(dòng)閘片厚度監(jiān)測。增加傳感器監(jiān)測制動(dòng)閘片厚度，當(dāng)磨損至設(shè)定值時(shí)，觸發(fā)報(bào)警，反饋狀態(tài)至車輛控制屏。維修人員可以根據(jù)反饋情況更換制動(dòng)閘片。

（7）設(shè)置信號(hào)系統(tǒng)與車輛管控界面接口。增加信號(hào)系統(tǒng)與牽引系統(tǒng)的技術(shù)接口，包括列車非緊急降級(jí)模式下信號(hào)系統(tǒng)直接管控牽引系統(tǒng)；設(shè)置信號(hào)系統(tǒng)與車輛TCMS系統(tǒng)的技術(shù)接口，包括列車喚醒、休眠、自檢、蠕動(dòng)等功能。

（8）重點(diǎn)系統(tǒng)狀態(tài)全方位監(jiān)測。實(shí)施狀態(tài)修，主要難點(diǎn)在于機(jī)械結(jié)構(gòu)件的檢查，對(duì)于重點(diǎn)結(jié)構(gòu)件系統(tǒng)，可以采用各類傳感器進(jìn)行全方位監(jiān)測。例如，轉(zhuǎn)向架部分，維修人員可以根據(jù)傳感器的狀態(tài)對(duì)其進(jìn)行檢修，保障車輛的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4.3.2 延長消耗品的維護(hù)周期

在保證齒輪箱油、車門潤滑油、輪胎、空調(diào)濾網(wǎng)等消耗性備品安全和服務(wù)質(zhì)量的前提下，優(yōu)化相關(guān)材料，提高其使用周期，降低人工成本。

通過狀態(tài)修對(duì)車輛各系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，提高現(xiàn)有車輛的質(zhì)量，降低設(shè)備故障率。狀態(tài)修對(duì)比預(yù)防維修模式，將會(huì)大量減少故障率，減少故障修產(chǎn)生的工作量，并且可以減少故障時(shí)所需解決問題的工作人員。

5 結(jié)束語

為使車輛檢修滿足軌道交通高效運(yùn)營的要求，車輛檢修需結(jié)合先進(jìn)的檢修技術(shù)，并配以現(xiàn)代科學(xué)的管理方法。相比傳統(tǒng)的計(jì)劃預(yù)防修和故障后維修，狀態(tài)修有較大優(yōu)勢，對(duì)檢修人員的工作效率具有積極促進(jìn)作用，并大大減少車輛因檢修而造成的庫停時(shí)間。先進(jìn)的檢修方式、高素質(zhì)的檢修維護(hù)人員以及各類檢修資源的良好配合，才能在車輛檢修和管理運(yùn)營中起到相互促進(jìn)的作用[5]。